JPS601932B2

JPS601932B2 - ころがり軸受鋼鋼管の製造方法

Info

Publication number: JPS601932B2
Application number: JP11259280A
Authority: JP
Inventors: 公雄大西; 晟好石原; 強多田; 一一坪田
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 1980-08-15
Filing date: 1980-08-15
Publication date: 1985-01-18
Also published as: JPS5739126A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はころがり疲れ強さのすぐれた高炭素クロム軸受
鋼鋼管の製造方法に関する。

軸受製造業界には、ころがり疲れ強さ（以下寿命と託す
）のすぐれた鋼材への需要が常に存在する。

このため通常の用途に対しては脱ガスが行なわれ、さら
に高寿命を求められる用途に対しては真空再溶解によっ
て鋼中の酸素量をさらに下げることが行なわれている。
しかしながら真空再溶解はコストの上昇をもたらし、必
らずしも最良の方法とはいえない。また、一度鋼中に残
留した酸素等は真空再溶解等の方法以外では除去できな
い。

そこで本発明はこれら不可避的に残留し、かつ寿命に悪
影響を及ぼす非金属介在物（以下介在物と記す）の無害
化を図り、寿命を向上せしめる方法を検討した結果なさ
れたものである。すなわち本発明の要旨とする所はＣＯ
．８０〜１．２０％、Ｓｉｏ．０５〜１．５０％、Ｍｎ
ｏ．２０〜２．００％、Ｐ＜０．０３０、Ｃｒｏ．８〜
２．０％、ＳＯ．０１０〜０．０５０％、０＜０．００
１７％、Ｎ＜０．０１００％、Ｔｉ＜０．００７％、残
部Ｆｅ及び必然的に残留する不純物よりなり、かつ硫黄
と酸素の比（Ｓ／○）を８以上としたころがり軸受鋼を
熱間圧延又は熱間押出により母材鋼管とし、これを欧化
焼なまし後５０％以上の滅面率の冷間圧延加工を１回ほ
どこして成品寸法に仕上げることを特徴とするころがり
疲れ強さのすぐれたころがり軸受鋼鋼管の製造方法及び
ＣＯ．８０〜１．２０％、Ｓ心０５〜１．５０％、Ｍｎ
ｏ．２０〜２．００％、Ｃｒｏ．８〜２．０％、Ｐ＜０
．０３０、ＳＯ．０１０〜０．０５０％、０＜０．００
１７％、Ｎ＜０．０１００％、Ｔｉ＜０．００７％、Ｍ
ＯＯ．０５〜０．３０％、残部Ｆｅ及び必然的に残留す
る不純物よりなり、かつ硫黄と酸素の比（Ｓ／○）を８
以上としたころがり軸受鋼を熱間圧延又は熱間押出によ
り母材鋼管とし、これを軟化嬢なまし後５０％以上の減
面率の袷間圧延加工を１回ほどこして成品寸法に仕上げ
ることを特徴とするころがり疲れ強さのすぐれたころが
り軸受鋼鋼管の製造方法である。

すなわち、前記の化学成分および成分構成比を有する高
炭素クロム軸受鋼鋼管をコールドピルガーミル等の鋼管
冷間圧延機により５０％以上の減面率の強度の冷間圧延
を１回で加えて介在物を破砕するとそれらの寿命への有
害さが消去され「寿命がほぼ２倍以上になることを見出
し本発明に至った。

一般にＡＩ２０３，Ｓｉ０２等の大型の酸化物系介在物
およびＴｉ系炭窒化物は鋼中で応力集中源として作用し
、き裂の生成を助長して寿命を低下させる。

したがって、これらの介在物を微細化すれば有害さをか
なり低下させることができる。この点に関し、本発明で
は本発明で特定する成分の鋼に５０％以上の減面率の冷
間加工を１回ほどこすことによりそれが可能なことが判
明した。後述するように、例えば数回の引抜きによって
合計の減面率が５０％以上になるような加工を行なって
も寿命の向上は得られない。

また硫化物は鋼中で通常単独でＭｎＳとして、もしくは
酸化物系介在物を内包するＭｎＳとして存在する。寿命
を向上させるためには山２０３等をＭｎＳで包んだ方が
ＡＩ２０３等の応力集中作用を軽減し、寿命の向上が図
れる。

また大型のＭｎＳは単独で存在してもあくまで介在物で
あり、寿命を低下させる点はＡＩ２０３等と同様である
。したがってＭｎＳも微細化した方が寿命の向上が図れ
る。本発明においては、この点に関しても５０％以上の
滅面率の加工を１回で加えることにより可能であること
がわかった。

またＡＩ２０３等を内包するＭｎＳにおいては鋼中での
Ｓ／○比が８以上であれば５０％以上の強度の冷間加工
を加えてもＭｎＳに内包されたＮ２０３等が分離して寿
命に悪影響を及ぼすことはないことがわかつた。

また、Ｔｉ系炭窒化物は強固な介在物であり、大型のも
のは冷間圧延加工で破砕され、ある程度寿命への悪影響
を低減させ得るが、無害化は困難なので頭初から大型の
ものが生成しないようその含有量を調整しておく必要が
ある。

ＴｉおよびＮを本発明において制限するのはかかる理由
による。以下において本発明の高炭素クロム軸受鋼鋼管
の製造に関する限定理由を述べる。

まず本発明の対象とする鋼の成分について述べる。

○’炭素ころがり軸受用鋼としては焼入焼もどし時、最低ＨＲＣ
５７のかたさを必要とする。

このためにはＣは０．８０％含有させる必要がある。よ
ってＣの下限を０．８０％とする。また１．２０％を越
えると巨大炭化物が生成しやすくなるため上限を１．２
０％とする。（２）蛙素ころがり軸受用鋼においてＳｉは脱酸剤としておよび嘘
入性向上元素として添加する。

このためには０．０５〜１．５０％で目的を達すること
ができる。

よってＳｉの下限を０．０５％とし上限を０．５０％と
する。

‐｛３ーＭｎころがり軸受用鋼においてＭｎは焼入性向上元素として
用いる。

このためには０．２０〜２．００％で目的を達すること
ができる。

よってＭｎの下限を０．０５％とし上限を２．００％と
する。（Ｃｒ）ころがり軸受用鋼においては炭化物を球状化する必要が
あるのでＣｒを炭化物の球状化の促進及び焼入性向上元
素として用いる。

このためには０．８０〜２．００％で目的を達すること
ができる。

よってＣｒの下限を０．８０％とし上限を２．００％と
する。（Ｍｏ）第２の発明におけるころがり軸受用鋼においてＭｏは焼
入性向上元素として用いる。

このためには０．０５〜０．３０％で目的を達すること
が出来る。

よってＭｏの下限を０．０５％とし上限を０．３０％と
する。

（Ｓ）Ｓは鋼中でＭｎＳとなり寿命および被削性に対し影響を
およぼす。

本発明においてはＳはＭｎＳとなってＡＩ２Ｑ，Ｓｉ０
２等の酸化物系介在物を内包させて、これらの寿命への
悪影響を軽減させるために用いる。

このためには後述の０との関連において０．０１０％以
上のＳを必要とし、ＡＩ２０３等が多い場合はＳを高目
とする。また本発明は大量生産用軸受鋼鋼管を対象とし
ており、被削性も重要な特性項目である。

通常高炭素クロム軸受鋼ではＳが０．０１０％下になる
と、被削性が箸るしく低下するのでＳは０．０１０％以
上含まれるこが好ましい。

これらのことからＳの下限を０．０１０％とする。

一方Ｓは０．０５０％以上含まれると大型の単独のＭｎ
Ｓが生成し、後述のように５０％以上の袷間加工を行な
っても寿命の向上が見られなくなる。そこでＳの上限を
０．０５０％とする。（〇）０は鋼中で山２０３、Ｓｉ０２等の酸化物系介在物を生
成し寿命に悪影響を及ぼす。

したがって、０は一般には少ない方がよい。本発明では
○が０．００１７％以下であれば５０％以上の冷間加工
によって寿命の向上が見られるので○の上限を０．００
１７％とする。

下限は通常残留する程度とする。（Ｔｉ）Ｔｉは鋼中で窒化物もしくは炭窒化物となり、寿命に悪
影響を及ぼす。

また、これらは強固な介在物であり、よほど大型のもの
であれば冷間圧延によって破砕され、ある程度の無害化
は図れるが、それもかなり困難であり、なるべく鋼中の
Ｔｉ量は少ない方がよい。

本発明においては０．００７％以下であれば５０％以上
の冷間圧延による寿命の向上が認められるのでＴｉの上
限を０．００７％とする。（Ｎ）Ｎは鋼中でＴｉとの炭窒化物、もしくは山との窒化物と
して存在する。

本発明においては０．０１００％を越すと大型のＴｉ炭
窒化物、もしくは室化物を形成し、後述のように５０％
以上の加工を行なっても寿命の向上が図れなくなる。

よってＮの上限を０．０１００％とする。なお下限は通
常残留する程度とする。つぎに本発明でＳ／○比を規定
する理由を述べる。

すでにＳの項で述べたようにＳはＭｎと結合してＭｎＳ
を鋼中で生成する。

このＭｎＳはしばしばＡＩ２０３、Ｓｉ０２等の酸化物
と結合し、これらを内包する形で存在する。かかる場合
ＡＩ２０３等の応力集中源としての作用は減少し、寿命
に好影響を及ぼす。本発明においてＳ／○をＳ以上とす
るのはＳ／○が８以上になる酸化物を介在物がほとんど
ＭｎＳに内包されるとともに、５０％以上の冷間圧延を
行なってもＮ２０３等が硫化物からあるいは露出するこ
とがなく、Ｍ鷹がＮ２０３を内包したままとなり、寿命
を向上させるためである。

つぎに本発明において、減面率を５０％以上としている
のは介在物の破砕による寿命向上効果が５０％以上で出
てくるからである。

なお本発明の技術思想からして級面率は高い程よいが、
実際の製造上では割れが発生するので８５％程度が限界
である。次に実施例にもとづき、本発明を詳細に説明す
る。

実施した２４ヒートの鋼の化学成分を第１表に示す。第
１表供試材の化学成分は本発明の成分規制外を示す。

これらは全て高炭素クロム鋼であり、その内、Ｎｏ．１
のシリーズは低○レベルでＳ含有量を変えたもの、Ｎｏ
．２のシリーズは中○レベルでＳ含有量を変えたもの、
Ｎｏ．３のシリーズは高０レベルでＳ含有量を変えたも
のである。

さらに、Ｎｏ．４のシリーズは○含有量のみが、特許請
求の範囲からはずれたもの、Ｎｏ．５のシリーズはＮ含
有量のみが特許請求の範囲からはずれたもの、Ｎｏ．６
のシリーズはＴｉ含有量のみが特許請求の範囲からはず
れたものである。これらのシリーズは全て成分調整の容
易さのため真空熔解炉を用いて溶製し、１００ｋ９鋼塊
に造擁し、鍛造してから熱間押出法により母管を製造し
、つついて球状化焼鈍を行なった。

次にこれをコールドピルガーミルにより、それぞれ減面
率が２０％「４０％、６０％、８０％になるような冷間
圧延加工を１回加えた鋼管を製造した。

以上、熱間圧延のままの母管とコールドピルガー圧延を
加えたものについて寿命試験片を採取作成した。次にこ
れらを８３０３０油中暁入、１８０ｑｏ焼戻しを行い硬
さＨＲＣ６２〜６３に調整してスラスト型寿命試験機に
より、ヘルツ最大接触応力Ｐｍａｘ＝５００ｋ９ｆ／桝
、潤滑油はスピンドル６巧蚤油に浸薄の条件下で鋼管の
外表面側について寿命試験を行った。

これらの材料の転動疲労寿命Ｌ，。（試験片の１０％が
フレーキングを起こしたときの寿命）を第２表及び第１
図に示す。第２表転勤疲労寿命（◎本発明に該当）（
）；減面率零の値に対する倍率第２表において◎印のものが本発明の方法によるもので
ある。

シリーズＮｏ．１ではヒートＮｏ．２，３，４が本発明
の成分特定範囲内のもので、減面率８０％におけるこれ
らのヒ−トの寿命の向上は１．９〜２．３倍となってい
る。一方、ヒートＮｏ．１は１．２倍、ヒートＮｏ．５
は１．１倍と寿命の向上が殆んど認められないがこれは
前者はＳ／○比が５と小さく、後者はＳ含有量が０．０
６１％と高いからである。シリーズＮｏ．２ではヒート
Ｎｏ．７，８，９が本発明で規制する成分の鋼であって
、減面率８０％におけるこれらのヒ−トの寿命の向上は
１．８〜３．弦音となっている。一方ヒートＮｏ．６は
１．４倍、ヒートＮｏ．１０は１．２倍と寿命の向上が
余り認められないがこれはシリーズＮｏ．１と同じく前
者はＳ／○比が６と小さく、後者はＳ含有量が０．０６
６％と高いことに起因する。シリーズＮｏ．３ではヒー
トＮｏ．１２，１３，１４が本発明鋼で規制する成分の
鋼で、凝面率８０％におけるこれらのヒートの寿命の向
上は２．０〜３．０倍となっている。一方、ヒート地．
１１は１．３倍、ヒートＮｏ．１５は１．１倍と寿命の
向上が殆んど認められないがこれは前者はＳ／○が７．
１と小さく、後者はＳ含有量が０．０６７％と高いから
である。シリーズＮｏ．４，５，６は寿命の向上が１．
１〜１．２倍の間にあって殆んど認められないがシリー
ズＮｏ．４は○含有量が０．００２０〜０．００２８％
と高く、シリーズＮｏ．５はＮ含有量が０．０１１〜０
．０１３％と高い。又シリーズＮｏ．６はＴｉ含有量が
０．０１〜０。０２０％と高い。

冷間加工による寿命の向上は、硫化物系介在物（主とし
てＭｎＳ）、酸化物系介在物（主としてＡＩ２０３）及
びＴｉ系介在物（主としてＴｉ（Ｃ，Ｎ））の冷間加工
による形状変化と間運づけられる。第２図にヒートＮｏ
．８における熱間押出法により熱間加工を受けたままの
鋼管と、コールドピルガーミルにより減面率８０％の冷
間加工を１回施した鋼管の硫化物系、酸化物系、Ｔｊ系
介在物のミクロ写真を示す。

冷間加工により硫化物系介在物は延伸し、酸化物系とＴ
ｉ系介在物は細かく砕かれ分散している。次にヒートＮ
ｏ．８の母管を用い、１回の減面率を約２５％とし冷間
引抜→嫌なましを４回繰り返し、その合計の減面率を約
７０％とした引抜鋼管について、前述の第２表に示した
寿命試験結果と全く同一条件で寿命試験を行ったところ
寿命の向上は１．５音となり、余り寿命の向上が認めら
れなかった。

尚、本発明で規制した成分の、ヒートＮｏ．２，３，４
，７，８，９，１２，１３，１４は第１図でも明らかな
ように、いずれも級面率が４０％から６０％の間で寿命
が急激に向上している。

したがって、前述の袷間引抜における寿命の向上倍率と
もあわせて考えると、著しい寿命の向上を得るためには
数回の合計ではなく１回の冷間加工で５０％以上の滅面
率を確保することが必要であることがわかる。袷間圧延
加工なしの場合を１として寿命の向上倍率を第２表の（
）内に示したがその中で◎印が本発明の方法によるもの
である。これによると本発明の方法を用いることにより
例えば滅面率８０％では約１．９〜３．３音の寿命向上
を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷間加工の織面率と寿命との関係を示す図、第
２図はヒートＮｏ．８における介在物のミクロ写真であ
る。第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ０．８０〜１．２０％Ｓｉ０．０５〜１．５０％Ｍｎ０．２０〜２．００％Ｃｒ０．８〜２．０％Ｐ＜０．０３０Ｓ０．０１０〜０．０５０％Ｏ＜０．００１７％Ｎ＜０．０１００％Ｔｉ＜０．００７％残部Ｆｅ及び必然的に残留する不純物よりなり、かつ
硫黄と酸素の比（Ｓ／Ｏ）を８以上としたころがり軸受
鋼を熱間圧延又は熱間押出により母材鋼管とし、これを
軟化焼なまし後５０〜８５％の減面率の冷間圧延加工を
１回ほどこして成品寸法に仕上げることを特徴とするこ
ろがり疲れ強さのすぐれたころがり軸受鋼鋼管の製造方
法。２Ｃ０．８０〜１．２０％Ｓｉ０．０５〜１．５０％Ｍｎ０．２０〜２．００％Ｃｒ０．８〜２．０％Ｐ＜０．０３０Ｓ０．０１０〜０．０５０％Ｏ＜０．００１７％Ｎ＜０．０１００％Ｔｉ＜０．００７％Ｍｏ０．０５〜０．３０％残部Ｆｅ及び必然的に残留する不純物よりなり、かつ
硫黄と酸素の比（Ｓ／Ｏ）を８以上としたころがり軸受
鋼を熱間圧延又は熱間押出により母材鋼管とし、これを
軟化焼なまし後５０〜８５％の減面率の冷間圧延加工を
１回ほどこして成品寸法に仕上げることを特徴とするこ
ろがり疲れ強さのすぐれたころがり軸受鋼鋼管の製造方
法。